只生成一個例項的模式，我們稱之為 單例模式。
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程式在執行的時候，通常會有很多的例項。例如，我們建立 100 個字串的時候，會生成 100 個 String 類的例項。
但是，有的時候，我們只想要類的例項只存在一個。例如，「你猜我畫」中的畫板，在一個房間中的使用者需要共用一個畫板例項，而不是每個使用者都分配一個畫板的例項。
此外，對於資料庫連線、執行緒池、配置檔案解析載入等一些非常耗時，佔用系統資源的操作，並且還存在頻繁建立和銷燬物件，如果每次都建立一個例項，這個系統開銷是非常恐怖的，所以，我們可以始終使用一個公共的例項，以節約系統開銷。
像這樣確保只生成一個例項的模式，我們稱之為 單例模式。
如何理解單例模式
單例模式的目的在於，一個類只有一個例項存在，即保證一個類在記憶體中的物件唯一性。
現在，我們來理解這個類圖。
靜態類成員變數
Singleton 類定義的靜態的 instance 成員變數，並將其初始化為 Singleton 類的例項。這樣，就可以保證單例類只有一個例項。
私有的構造方法
Singleton 類的構造方法是私有的，這個設計的目的在於，防止類外部呼叫該構造方法。單例模式必須要確保在任何情況下，都只能生成一個例項。為了達到這個目的，必須設定構造方法為私有的。換句話說，Singleton 類必須自己建立自己的唯一例項。
全域性訪問方法
構造方法是私有的，那麼，我們需要提供一個訪問 Singleton 類例項的全域性訪問方法。
簡要定義
保證一個類只有一個例項，並提供一個訪問它的全域性訪問方法。
單例模式的實現方式
餓漢式
顧名思義，類一載入物件就建立單例物件。
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}複製程式碼值得注意的是，在定義靜態變數的時候例項化 Singleton 類，因此在類載入的時候就可以建立了單例物件。
此時，我們呼叫兩次 Singleton 類的 getInstance() 方法來獲取 Singleton 的例項。我們發現 s1 和 s2 是同一個物件。
public class SingletonTest {
@Test
public void getInstance(){
Singleton s1 = Singleton.getInstance();
Singleton s2 = Singleton.getInstance();
System.out.println("例項物件1：" + s1.hashCode());
System.out.println("例項物件2：" + s2.hashCode());
if (s1 == s2) {
System.out.println("例項相等");
} else {
System.out.println("例項不等");
}
}
}複製程式碼懶漢式
懶漢式，即延遲載入。單例在第一次呼叫 getInstance() 方法時才例項化，在類載入時並不自動例項化，在需要的時候再進行載入例項。
public class Singleton2 {
private Singleton2(){}
private static Singleton2 instance = null;
public static Singleton2 getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton2();
}
return instance;
}
}複製程式碼懶漢式的執行緒安全
在多執行緒中，如果使用懶漢式的方式建立單例物件，那就可能會出現建立多個例項的情況。
為了避免多個執行緒同時呼叫 getInstance() 方法，我們可以使用關鍵字 synchronized 進行執行緒鎖，以處理多個執行緒同時訪問的問題。每個類例項對應一個執行緒鎖, synchronized 修飾的方法必須獲得呼叫該方法的類例項的鎖方能執行, 否則所屬執行緒阻塞。方法一旦執行, 就獨佔該鎖，直到從該方法返回時才將鎖釋放。此後被阻塞的執行緒方能獲得該鎖, 重新進入可執行狀態。
public class Singleton3 {
private Singleton3(){}
private static Singleton3 instance = null;
public static synchronized Singleton3 getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton3();
}
return instance;
}
}複製程式碼上面的案例，在多執行緒中很好的工作而且是執行緒安全的，但是每次呼叫 getInstance() 方法都需要進行執行緒鎖定判斷，在多執行緒高併發訪問環境中，將會導致系統效能下降。事實上，不僅效率很低，99%情況下不需要執行緒鎖定判斷。
這個時候，我們可以通過雙重校驗鎖的方式進行處理。換句話說，利用雙重校驗鎖，第一次檢查是否例項已經建立，如果還沒建立，再進行同步的方式建立單例物件。
public class Singleton4 {
private Singleton4(){}
private static Singleton4 instance = null;
public static Singleton4 getInstance(){
if(instance == null){
synchronized(Singleton4.class){
if(instance == null){
instance = new Singleton4();
}
}
}
return instance;
}
}複製程式碼列舉
列舉的特點是，構造方法是 private 修飾的，並且成員物件例項都是預定義的，因此我們通過列舉來實現單例模式非常的便捷。
public enum SingletonEnum {
INSTANCE;
private SingletonEnum(){}
}複製程式碼靜態內部類
類載入的時候並不會例項化 Singleton5，而是在第一次呼叫 getInstance() 載入內部類 SigletonHolder，此時才進行初始化 instance 成員變數，確保記憶體中的物件唯一性。
public class Singleton5 {
private Singleton5() {}
private static class SigletonHolder {
private final static Singleton5 instance = new Singleton5();
}
public static Singleton5 getInstance() {
return SigletonHolder.instance;
}
}複製程式碼思維發散
如何改造成單例類
假設，我們現在有一個計數類 Counter 用來統計累加次數，每次呼叫 plus() 方法會進行累加。
public class Counter {
private long count = 0;
public long plus(){
return ++count;
}
}複製程式碼這個案例的實現方式會生成多個例項，那麼我們如何使用單例模式確保只生成一個例項物件呢？
實際上，拆解成3個步驟就可以實現我的需求：靜態類成員變數、私有的構造方法、全域性訪問方法。
public class Counter {
private long count = 0;
private static Counter counter = new Counter();
private Counter(){}
public static Counter getInstance(){
return counter;
}
public synchronized long plus(){
return ++count;
}
}複製程式碼多例場景
基於單例模式，我們還可以進行擴充套件改造，獲取指定個數的物件例項，節省系統資源，並解決單例物件共享過多有效能損耗的問題。
我們來做個練習，我現在有一個需求，希望實現最多隻能生成 2 個 Resource 類的例項，可以通過 getInstance() 方法進行訪問。
public class Resource {
private int id = 0;
private static Resource[] resource = new Resource[]{
new Resource(1),
new Resource(2)
};
private Resource(int id){
this.id = id;
}
public static Resource getInstance(int id){
return resource[id];
}
}複製程式碼單例模式 vs 靜態方法
如果認為單例模式是非靜態方法。而靜態方法和非靜態方法，最大的區別在於是否常駐記憶體，實際上是不對的。它們都是在第一次載入後就常駐記憶體，所以方法本身在記憶體裡，沒有什麼區別，所以也就不存在靜態方法常駐記憶體，非靜態方法只有使用的時候才分配記憶體的結論。
因此，我們要從場景的層面來剖析這個問題。如果一個方法和他所在類的例項物件無關，僅僅提供全域性訪問的方法，這種情況考慮使用靜態類，例如 java.lang.Math。而使用單例模式更加符合物件導向思想，可以通過繼承和多型擴充套件基類。此外，上面的案子中，單例模式還可以進行延伸，對例項的建立有更自由的控制。
單例模式與資料庫連線
資料庫連線並不是單例的，如果一個系統中只有一個資料庫連線例項，那麼全部資料訪問都使用這個連線例項，那麼這個設計肯定導致效能缺陷。事實上，我們通過單例模式確保資料庫連線池只有一個例項存在，通過這個唯一的連線池例項分配 connection 物件。
總結
單例模式的目的在於，一個類只有一個例項存在，即保證一個類在記憶體中的物件唯一性。
如果採用餓漢式，在類被載入時就例項化，因此無須考慮多執行緒安全問題，並且物件一開始就得以建立，效能方面要優於懶漢式。
如果採用懶漢式，採用延遲載入，在第一次呼叫 getInstance() 方法時才例項化。好處在於無須一直佔用系統資源，在需要的時候再進行載入例項。但是，要特別注意多執行緒安全問題，我們需要考慮使用雙重校驗鎖的方案進行優化。
實際上，我們應該採用餓漢式還是採用懶漢式，取決於我們希望空間換取時間，還是時間換取空間的抉擇問題。
此外，列舉和靜態內部類也是非常不錯的實現方式。
參考文章
（書）「圖解設計模式」（結城浩）
原始碼
相關示例完整程式碼： design-pattern-action
（完）
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